纳米氧化镁粉体的制备与吸附抗菌性能

　　河北镁熙生物有限公司表示，纳米氧化镁(MgO)作为一种新型的多功能无机材料,在许多领域有着广阔应用前景,尤其是在与人类生存和健康密切相关的环境净化和抗菌方面显示了独特的优势。在氧化物的晶格中掺入外来元素会产生空位,间隙原子,置换原子和位错等晶格缺陷,而这些缺陷的产生可以在一定程度上促进母体氧化物的物理和化学性能。本文正是基于这一点,选用与Mg2+离子半径相近的Ti4+,Zn2+和Li+三种不同价态的金属离子作掺杂剂,拟通过掺杂来提高纳米氧化镁的吸附和抗菌性能。

　　首先简要概述了氧化镁在环境净化和抗菌方面的研究进展以及纳米氧化镁的制备方法和掺杂改性的研究。然后采用修饰沉淀法或溶胶-凝胶法分别制备了纳米氧化镁和掺杂纳米氧化镁粉体,研究了制备工艺参数及掺杂对粉体结构,形貌的影响。最后,研究了三种不同离子掺杂对纳米氧化镁粉体的吸附和抗菌性能的影响,在此基础上初步探讨掺杂促进性能的机理。

　　主要包括以下几方面:以聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用直接化学沉淀法制备了纳米氧化镁粉体。正交实验结果显示:反应温度对晶粒影响最大,其它影响因素依次为PEG用量,反应时间,氨水用量和Mg2+浓度;就收率而言,氨水用量影响最大,PEG用量和反应时间次之,反应温度的影响更次之,Mg2+浓度的影响最小。确定纳米氧化镁的制备工艺条件为:氨水用量8mL,Mg2+浓度0.5mol/L,PEG用量8mL,反应温度50℃,反应时间1.5h,煅烧温度500℃。PEG对粉体颗粒的形状和大小有影响,在氢氧化镁成核数少时,形成了片状形貌;随着成核数的增加,形成了细小颗粒密堆的"网络"状形貌。

　　以冰乙酸作修饰剂,不仅可以避免了直接沉淀法中局部沉淀剂浓度过高,发生不均匀沉淀的现象,还可以促进前驱体氢氧化镁晶体在(001)面的取向生长,降低由氢氧化物到氧化物热分解温度,有利于氧化物的晶化。直接沉淀法制备的掺钛纳米氧化镁,得到的粉体颗粒尺寸随着掺钛量的增加而显著增大,硬团聚严重;而修饰沉淀法制备的样品颗粒尺寸随着掺钛量的增加而减小,且团聚少,分散性好。制得的前躯体在500℃下煅烧后,所有样品均只有氧化镁相,而经800℃煅烧,掺钛量大于1mol%的样品中有含钛的杂相析出,因而可以确认钛在氧化镁晶格中固溶度为1mol%左右。

　　随着掺钛量的增加,氧化镁的结晶性能降低,晶粒变小。在修饰沉淀法制备了掺锌纳米氧化镁中,研究发现锌含量的增加对衍射峰的强度和晶粒及颗粒大小基本上没有影响。与未加冰乙酸制备的样品相比,使用冰乙酸制得的粉体晶粒尺寸大,结晶性能好。说明冰乙酸在此制备过程中的促进了由氢氧化物到氧化物的转变,有利于产物的晶化,这与修饰沉淀法制备纳米氧化镁中的结论是一致的。采用廉价的无机溶胶-凝胶法制备了纳米氧化镁及掺锂纳米氧化镁。在制备纳米氧化镁过程中,溶剂用量,反应温度和柠檬酸用量对凝胶时间和晶粒都有不同程度的影响。干凝胶的热处理采用了在低温下分步预处理一段时间,然后在600℃下煅烧2h,可以制得白色的高纯纳米氧化镁。

　　掺锂后干凝胶的热分解温度向高温方向偏移。600℃煅烧后,0.5%锂和1%锂样品中只有氧化镁相,而掺锂量高的样品中均有杂相。随着掺锂量的增加,衍射峰强度变强,晶粒和颗粒尺寸都变大,形貌也由粒状变成了薄片状。经800℃煅烧,所有掺锂样品中都有杂相存在,衍射峰更尖锐,强度更强。

　　以甲基橙和大肠杆菌为模型来研究所制备粉体的吸附性能和抗菌性能。纳米氧化镁的吸附性能随着晶粒的变小,对甲基橙的吸附量变大,吸附速率也变快。随着处理温度的升高,达到吸附平衡时的吸附量略有增加,但吸附速率变慢。

　　掺钛MgO对甲基橙的吸附性能都较纯氧化镁的好,其中1%钛样品的吸附性能最好;掺锌氧化镁的吸附性能开始随着掺锌量的增大而减弱,但当掺锌量达到15mol%时,吸附速率虽减慢,但平衡时的吸附量反而增大;掺锂MgO的吸附性能随着掺锂量的增加而逐渐减弱。对大肠杆菌实验表明,掺钛MgO的抗菌性能均较纯MgO的差;掺锌MgO样品中,5%锌和10%锌具有良好的杀菌性能,而1%锌几乎没有抗菌作用;1%锂和5%锂的抑菌性能与纯氧化镁基本相当,而10%锂的抑菌效果稍好一些。掺锂MgO的杀菌率均达99%以上,显示了优良的杀菌性能。